硒对汞毒性的拮抗作用：细菌体内生物源硒汞纳米/微粒的形成机制与表征研究

本研究针对汞(Hg)污染引发的细菌毒性问题，探讨了硒(Se)在细菌种群中的解毒机制。研究人员通过设计共处理与预暴露实验方案，结合spICP-MS、TEM和XRD等先进表征技术，揭示了硒对汞诱导毒性的保护作用具有暴露条件依赖性，并首次在细菌体内证实了生物源HgSe纳米颗粒的形成条件。该研究为重金属解毒机制提供了新见解，对环境污染治理和抗生素耐药性研究具有重要意义。

　　

在环境污染日益严重的今天，汞(Hg)作为一种剧毒重金属元素，对生态系统和人类健康构成严重威胁。有趣的是，自然界中存在一种奇妙的元素相互作用现象：硒(Se)能够有效拮抗汞的毒性效应。这种硒汞拮抗作用在高等生物（如鸟类、哺乳动物和鱼类）中已被广泛研究，但其在微生物系统、特别是在细菌种群中的作用机制却鲜为人知。

细菌作为环境污染物的重要指示生物和潜在生物修复工具，其对重金属的响应机制研究具有双重意义：既能揭示微生物对环境胁迫的适应策略，又能为开发新型生物修复技术提供理论依据。尤其值得注意的是，近年来研究发现重金属抗性细菌往往同时具备抗生素耐药性，这使得重金属-细菌相互作用研究更具现实紧迫性。

在这项发表于《Talanta》的研究中，西班牙研究团队的Mónica Villamar-Aveiga、Yolanda Madrid、Beatriz Gómez-Gómez和Gustavo Moreno-Martín等人开展了一项创新性研究，系统探讨了硒对汞诱导毒性的保护作用及其分子机制。

研究人员采用多学科交叉的研究方法，主要关键技术包括：1）使用标准菌株ATCC 29213金黄色葡萄球菌和ATCC 25922大肠杆菌进行细菌培养；2）通过紫外分光光度法测定细菌存活率；3）采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)定量分析硒汞生物累积量；4）运用透射电子显微镜(TEM)观察生物源纳米颗粒形态特征；5）通过单颗粒ICP-MS(spICP-MS)技术进行纳米颗粒粒径分布和浓度测定；6）利用X射线衍射(XRD)分析颗粒晶体结构。

细菌细胞存活率研究

通过测定不同暴露条件下细菌培养液的浊度，研究人员发现硒的保护作用高度依赖于暴露策略。当汞从实验开始时加入（T4和T5处理），硒的共存无法缓解汞的毒性效应。然而，当细菌生长8小时后再加入汞（T1处理），大肠杆菌存活率未受影响，而金黄色葡萄球菌存活率下降达60%。最关键的是，预暴露于硒8小时后再加入汞（T3处理），硒能够显著减轻汞对金黄色葡萄球菌的毒性作用。这表明硒的保护作用具有菌种特异性和时间依赖性。

硒汞生物累积的ICP-MS分析

ICP-MS分析揭示了有趣的累积模式：当汞从实验开始时加入，两种细菌对硒汞的累积可忽略不计，表明急性毒性抑制了累积过程。在延迟加汞处理中，大肠杆菌表现出更高的汞累积能力（约24%），而预硒处理使金黄色葡萄球菌的硒累积显著增加至42%。值得注意的是，在处理过程中观察到细菌沉淀呈现灰色或红色，暗示了生物源纳米颗粒的形成。

生物源纳米颗粒的TEM、XRD和spICP-MS表征

TEM显微图像证实了在所有处理条件下均存在生物源纳米颗粒，这些颗粒呈球形，或以团聚形式存在，或以单分散状态存在。有趣的是，即使在没有细菌代谢活性的情况下（如T4和T5处理），仍然检测到了纳米颗粒，表明细菌细胞壁成分可能作为化学还原剂参与了颗粒形成过程。

spICP-MS分析进一步量化了纳米颗粒的粒径分布和浓度，结果显示两种细菌都能产生大小各异的纳米颗粒。值得注意的是，在预处理条件（T3）下，硒颗粒浓度显著高于其他处理组。

XRD分析提供了最关键的证据：HgSe颗粒仅在硒汞同时加入时（T4处理）被检测到，而在预处理条件（T3）下只检测到硒颗粒。这一发现揭示了HgSe形成的时间窗口特异性。

本研究得出结论：硒对汞毒性的保护作用高度依赖于暴露条件，仅在预暴露条件下表现出显著效果。多种表征技术证实了细菌能够产生生物源硒汞纳米颗粒作为解毒机制，其中HgSe颗粒的形成需要硒汞同时存在。这些发现不仅深化了我们对细菌-重金属相互作用机制的理解，也为开发基于微生物的重金属污染修复技术提供了新思路，同时对研究细菌抗生素耐药性与重金属抗性之间的关联具有重要启示意义。